费米子与自旋拓扑系统间边缘电流的巨磁电阻

在蜂窝晶格上，研究了一个自旋-1/2子系统沿一条割线与处于拓扑绝缘体态的无自旋费米子子系统连接而成的体系。该模型描述了二维拓扑绝缘体与具有依赖于方向的交换相互作用的二维自旋晶格之间的结，且两者均处于拓扑平庸与非平庸相态。通过将复杂系统的模型哈密顿量化简为静态 $\mathbb{Z}_2$ 规范场中的自由马约拉纳费米子，对其进行了精确求解。与拓扑平庸相之间的结不同，对于拓扑非平庸相，该结由手性边缘态及其之间的直接相互作用决定。由于手性边缘模间的边界相互作用，边缘结由子系统的陈数决定：具有相同或不同手性的无隙边缘模分别开启或关闭拓扑子系统之间的边缘电流。自旋子系统的陈数符号在外磁场中发生改变，因此电流强烈依赖于所施加弱磁场的方向和大小。我们对边缘电流进行了详细分析，并展示了如何在磁场中开启（关闭）电流。